博精丨二手红外光谱仪及常见问题解析

二手红外光谱仪（infrared spectrometer）它是一种利用物质吸收不同波长的红外辐射特性来分析分子结构和化学成分的仪器。红外光谱仪通常由光源、单色器、探测器和计算机处理信息系统组成。根据不同的光分离装置，分为色散型和干涉型。由于色散型很少使用，干涉型傅里叶变换红外光谱仪被广泛使用，本文主要介绍了干涉型。

红外光谱仪变红外光谱仪

原理及特点

二手傅立叶变红外光谱仪（FTIR）被称为第三代红外光谱仪，使用麦克尔逊干涉仪干扰两束复色红外光，形成干涉光，然后与样品一起工作。探测器将干涉信号发送到计算机进行傅立叶变换的数学处理，并将干涉图恢复为光谱图。

▍红外光谱仪的优点：

1、多通道测量提高了信噪比。

2、高光通量提高了仪器的灵敏度。

3、可以达到波数值的精度0.01cm-1。

4、增加动镜的移动距离可以提高分辨能力。

5、远红外光谱的测定可以从可见光区延伸到毫米区。

6、扫描速度快，分辨率高，可重复性稳定。

材料分析表征中的应用

红外光谱分析可用于研究分子的结构和化学键，也可用作表征和识别化学物种的方法。红外光谱具有很高的特性，可以与标准化合物的红外光谱进行比较。[ZC4] 之所以能样品的这些性能，是因为红外光谱分析是一种根据不同物质选择性吸收红外光区电磁辐射进行结构分析、定量定性分析各种吸收红外光的化合物的方法。

原理的相关公式如下：

1、满足红外吸收的能量关系

λ：红外光波长

h：普朗克常数

c：光速

?E：分子振动能级差

2、振动频率与质量和键能的关系

假设模型以双原子分子作为简谐振动为假设

ν：波数

c：光速

k：键的力常数

μ：折合质量(或约化质量)

应用举例：

1、分子的结构和化学键，如力常数（可以推断化学键的强度）和分子对称性，可以通过红外光谱测量分子的键长和键角，从而推断分子的三维结构。

2、许多有机官能团，如甲基、亚甲基、碱基、氰基、羟基、胺基等，都被红外光谱吸收。通过红外光谱测定，人们可以判断未知样品中存在哪些有机官能团，为最终确定未知物体的化学结构奠定了基础。

3、低波在低波数区域的许多简单振动通常涉及到分子中的所有原子，不同的分子有不同的振动方式，这使得红外光谱具有与指纹相同的高度，称为指纹区域。利用这一特性，人们收集了成千上万种已知化合物的红外光谱，并将其存储在计算机中，并将其编成红外光谱标准光谱图库。未知化合物的成分可以通过将未知物的红外光谱与标准数据库中的光谱进行比较来快速确定。

红外吸收光谱图

样品要求

气体、液体或固体样品可用于红外光谱。如果样品的红外活性键少，纯度高，光谱会相当清晰，效果好。更复杂的分子结构或外部环境的影响会导致更多的键吸收和乐谱位移，影响乐谱的质量。

因此，为了获得清晰、高质量的图谱，也为了便于分析，对样品有以下基本要求。

1、样品必须提前纯化，以确保有足够的纯度；

2、样品必须提前除水干燥，避免损坏仪器，避免水峰对样品谱图的干扰；

3、易潮解样品应放置在干燥器中；

4、对易挥发、升华、对热不稳定的样品，请用带密封盖或塞子的容器盛装并盖紧，同时必须注明；

5、用户必须使用密封容器安装有毒和腐蚀性样品。样品必须在样品瓶标签的明显位置注明。

注：不同的样品方法会带来不同的样品要求，应分析具体问题

检测标准

GB/T21186-2007 傅里叶变红外光谱仪

疑难解答

Q：分子吸收红外辐射需要满足哪些条件？吸收强度主要由哪些因素决定？

A：分子吸收红外辐射必须满足两个条件：

1、红外辐射的一定频率，其能量刚刚满足振动跳跃的能级差；

2、只有在振动过程中偶极矩变化的振动模式才能吸收红外辐射，称为红外活性。红外吸收带的强度取决于偶极矩变化的大小。振动时偶极矩变化越大，吸收强度越大。

Q：影响频率位移和图谱质量的因素有哪些？

A：

1、影响频率位移的因素

①外部因素

物理状态的影响：同一样品的光谱差异很大，与分子之间的相互作用力有关； 溶剂的影响：由于溶质和溶剂的相互作用不同，光谱吸收带的频率也不同； 粒度的影响：主要由散射引起。粒度越大，基线越高，峰宽，强度越低，反之亦然；

②内部因素

主要是由诱导效应、共轭效应、键应力和空间效应、氢键效应、耦合效应和费米共振引起的。

2、影响图谱质量的因素

①仪器参数的影响

光通量、增益和扫描次数直接影响信噪比，并根据不同的附件和要求及时进行必要的调整，以获得令人满意的地图。

②环境的影响

光谱中的吸收带并非都是由光谱本身产生的附加吸收带可产生潮湿空气、样品污染、残留溶剂、玛瑙碗或玻璃器皿中的二氧化硅和压片中吸附的水。因此，应特别注意光谱分析。

③样品厚度的影响

样品的厚度或合适的样品量非常重要，通常要求厚度为10~50μm，聚酯等极性物质需要较小的厚度，聚烯烃等非极性物质需要较厚的厚度。有时，为了观察弱吸收带，如一些含量较低的基团、端基、侧链、少量共聚成分等，光谱应用较厚的样品确定KBr压片法的用量也应相应调整。

Q：解释聚合物红外光谱需要注意哪些因素？

A：需要注意三个要素。首先，光谱带的位置。它代表了一个基团的振动频率，但也表明它是否包含了一个基团的标志；第二，光谱带的形状。例如，氢键和离子的官能团会产生一个非常宽的红外光谱带，这对识别特殊基团的存在非常重要；第三，光谱带的相对强度。光谱带的强度比较不仅是基团含量的定量分析基础，而且可以暗示特殊基团或元素的存在。分子中极性强的基团会产生强吸收，如碱、醚基等光谱带。

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